5G新空口非正交多址接入性能评估

### 5G新空口非正交多址接入性能评估 在5G通信技术中，非正交多址接入（NOMA）技术对于提高频谱效率和系统容量具有重要意义。下面将对不同场景下NOMA技术的性能进行详细分析。 #### 1. 低到中等频谱效率场景 在低到中等频谱效率下，不同场景有各自典型的仿真案例。 - **mMTC场景**：典型案例为仿真案例1和2。 - **案例1**：有两个接收天线，采用TDL - A信道模型，其延迟扩展较短，频率响应较为平坦。假设叠加用户之间平均信噪比相等。在理想信道估计下，无论12个还是24个用户共享时频资源，不同NOMA方案的链路性能曲线相似。目标误块率（BLER）为10%时，12个和24个用户所需的信噪比分别约为 - 6.8 dB和 - 6.5 dB。PDMA性能略差，因其互相关略高于其他基于线性扩频的NOMA方案。尽管单用户频谱效率仅为0.1 bps/Hz，但24个用户叠加时总频谱效率可达2.4 bps/Hz。不同NOMA方案使用不同类型的接收器，如MMSE硬干扰消除（MMSE hard IC）、MMSE混合干扰消除（MMSE hybrid IC）等，但单用户频谱效率低时性能相似。这是因为用户间平均信噪比相同，但各信道在每个接收天线经历独立衰落，用户间信噪比差异显著，且用户数据码率和调制阶数低，简单接收器也能利用远近效应先成功解码强用户数据，再解码弱用户数据。 - **案例2**：同样有两个接收天线，采用TDL - C信道模型，具有较长的多径延迟，是频率选择性信道。单用户频谱效率为0.2 bps/Hz，12个用户叠加时总频谱效率达2.4 bps/Hz。使用多种接收类型，如MMSE硬IC、MMSE混合IC等。在理想信道估计下，BLER = 0.1时，6个或12个用户时不同NOMA方案的链路级性能相近，所需信噪比分别为 - 5.0 dB和 - 4.5 dB。PDMA性能略差，原因与案例1相同。不同NOMA方案性能相当的原因是单用户频谱效率相对较低，码率远低于母码率，采用正交相移键控（QPSK）调制，简单的MMSE硬IC接收器也能利用远近效应解码数据。案例2单用户频谱效率是案例1的两倍，一般低频谱效率时所需信噪比与频谱效率成正比，但案例2中BLER = 0.1所需信噪比仅比案例1高2 dB，这是因为TDL - C是频率选择性信道，资源元素的信噪比差异大，远近效应更显著，有利于各类接收器，但此优势基于理想信道估计，且仅适用于低到中等频谱效率，频率选择性通常会降低信道估计性能并增加解码器负担。 - **uRLLC场景**：典型案例为案例14和16。 - **案例14**：有四个接收天线，采用TDL - C信道模型。单用户频谱效率为0.1 bps/Hz，6个和12个用户叠加时总频谱效率分别为0.6 bps/Hz和1.2 bps/Hz。在理想信道估计下，BLER = 0.001时，只要配置合适，不同方案性能相似，所需信噪比约为 - 11 dB。LCRS性能略逊于其他NOMA方案，因为有四个接收天线，基于符号扩频的方案（如MUSA、RSMA等）的接收器可联合码域和空间域进行用户间干扰抑制，而LCRS接收器只能进行空间域区分。 - **案例16**：与案例14有两点不同，载波频率为4 GHz（案例14为700 MHz），信道模型为TDL - A（案例14为TDL - C）。在理想信道估计下，目标BLER = 0.001时，只要配置合适，多数方案性能相似，6个和12个用户所需信噪比约为 - 8 dB。LCRS性能仍略逊。TDL - A信道频率相对平坦，SNR在码块内波动不大，而TDL - C是频率选择性信道。uRLLC子载波间隔为60 kHz，远宽于mMTC的15 kHz，传输带宽是mMTC的4倍，频率选择性和远近效应更明显，所以案例14中BLER = 0.001所需信噪比约比案例16低3 dB。 - **eMBB场景**：典型案例为案例18。有四个接收天线，采用TDL - A信道模型，载波频率为4 GHz。单用户频谱效率为0.1 bps/Hz，12个和24个用户叠加时总频谱效率分别为1.2 bps/Hz和2.4 bps/Hz。在理想信道估计和合适配置下，多数方案性能相似，目标BLER = 0.1时所需信噪比约为 - 12.5 dB。LCRS性能略差，原因与案例14类似，其接收器只能进行空间域区分。 总体而言，在低到中等频谱效率操作下，对于mMTC/eMBB/uRLLC场景，在理想信道估计、平均信噪比相等、频率/定时偏移为0、预分配多址签名的条件下，不同NOMA方案的性能差异不显著，与接收器类型和码率无关。 #### 2. 高频谱效率场景 在高频谱效率下，不同场景也有相应的典型仿真案例。 - **mMTC场景